CN102317875A

CN102317875A - 控制引导车辆领域中的电开关系统的开关状态的调整的方法和设备

Info

Publication number: CN102317875A
Application number: CN2008801328035A
Authority: CN
Inventors: P.卡普德维拉
Original assignee: Siemens SAS
Current assignee: Siemens SAS; Siemens Transportation Systems SAS
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2012-01-11
Also published as: KR20110103426A; US20110260552A1; BRPI0823349A2; WO2010070209A1; CA2746969A1; EP2368162A1

Abstract

控制引导车辆领域中的电开关系统的开关状态的调整的方法和设备。本发明涉及一种动态地控制集成到在引导车辆的领域中使用的自动化设备中的至少一个电开关系统的二元开关状态的安全调整的方法和设备，所述开关系统借助于驱动电路来驱动至少一个致动器。该设备包括：命令模块，所述命令模块命令电开关系统的状态；和读取设备，所述读取设备能够读取电开关系统的开关状态并且向控制模块传送与所读取的开关状态相关的控制信号，其特征在于，读取设备被布置在电开关系统的下游并且被连接到致动器的驱动电路，从而保证自动化设备的更好的可靠性和可维护性。

Description

控制引导车辆领域中的电开关系统的开关状态的调整的方法和设备

技术领域

本发明涉及根据权利要求1和10的前序部分所述的用于动态地控制至少一个电开关系统的（例如断开或闭合的）二元开关状态的安全（即更稳当的）调整的方法和设备。

特别地，本发明涉及被集成到引导车辆领域（例如铁路领域）中的自动化设备中的电开关系统的可靠性和可维护性，所述电开关系统借助于递送与开关系统的开关的分别断开或闭合的状态相关的数字输出的驱动电路（circuit de pilotage）来驱动至少一个致动器。

背景技术

特别地，术语“引导车辆”指的是公共交通工具、诸如公共汽车、无轨电车、有轨电车、地铁、列车或列车单元等，对于这些公共交通工具，安全性方面是非常重要的。该安全性方面特别是与车辆内部和外部的自动化设备的正确运行相关联。内部和外部自动化设备的实例分别包括列车车门的自动关闭和地铁的道岔控制。在这种情况下，重要的是车辆的运营者能够迅速地检测和修复自动化设备中的任何故障，不仅保证车辆的乘客的安全，而且不造成车辆的可用性和/或其他车辆的移动（例如，因自动化设备的技术故障而阻碍其他车辆的移动）的损失。

由于缺乏可靠性、自然磨损或者过载的结果，开关系统有时可能出现故障。通常观察到两种故障模式：

- 切断：开关系统处于断开状态，而该开关系统被命令进入闭合状态，

- 卡住：开关系统处于闭合状态，而该开关系统被命令进入断开状态。

为了迅速地检测和修复这些故障，特别地需要能够读取电开关系统的断开或闭合状态。因此需要检查所命令的状态实际上已被开关系统执行，以便防止所命令的状态和实际执行的状态之间的任何分歧。

在这一点上，本领域技术人员公知一种允许控制对驱动致动器的机电继电器的调整的方法。该机电继电器是特定的电开关系统，主要包括可以通过被称为接触器的运动部分的移动来允许机械接触的电磁体、上游电路和下游电路。接触器装备有主接触部和辅助接触部，其中主接触部用于命令致动器并且辅助接触部用于重新读取继电器的状态。该方法包括如下步骤：

- 传送接触器的状态命令、即继电器断开（上游电路与下游电路隔离）或闭合（上游和下游电路接触），所述传送从命令模块发出，

- 由机电继电器执行所述状态命令，

- 在读取机电继电器的状态（断开或闭合）之后向控制模块传送控制信号，所述控制信号与读取的状态相关，并且借助于（以机械方式附在主接触部上的）辅助接触部进行读取。

不幸地，该方法仅应用于机电继电器的特定情况并且不能在例如静态继电器中应用，在静态继电器中，辅助接触部不再是可能的。此外，该方法的主要缺点在于，该方法仅在辅助接触部处于与主接触部相同的状态时才运行，而对于普通的继电器，情况并非总是如此，特别是在卡住型故障的情况下，并且因此必须利用具有附着的并且不重叠的接触部的特殊继电器，其中一个接触器用于驱动致动器，而另一个接触器循环回（rebouclé）到控制模块。而且，即使利用特殊的继电器，该方法也不能必然覆盖卡住型故障。最后，该方法使得可以通过比较读取的状态与命令的状态来检测到直到电磁体的故障，但是极少可以检测到接触器的故障，因此缺乏可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种可靠地和动态地控制集成到在引导车辆的领域中使用的自动化设备中并且驱动至少一个致动器的至少一个电开关系统的二元开关状态（断开或闭合）的安全调整的方法，以便保障该开关系统并且改进自动化设备的可靠性和可维护性。

本发明的另一目的在于保证自动化设备的小尺寸，以及读取所述状态的低错误概率，而不管致动器的驱动（电开关系统和/或驱动电路和/或致动器内部的电路）的电设计如何，该方法在任何情况下都不会扰乱致动器的驱动，相反地，致动器的运行从不损坏开关状态的读取。

为了实现根据本发明的方法，还提出一种动态地控制集成到引导车辆的自动化设备中并且驱动至少一个致动器的至少一个电开关系统的二元开关状态的安全调整的设备。

为此，通过权利要求1和10的内容提出了一种设备和一种方法。

从动态地控制集成到在引导车辆的领域中使用的自动化设备中的至少一个电开关系统的二元开关状态（断开或闭合）的安全调整的方法出发，其中所述开关系统借助于驱动电路来驱动至少一个致动器，所述驱动电路借助于至少一个（对应于二元开关状态的）数字输出来给该致动器供电，所述方法包括如下步骤：

- 将命令模块的状态命令传送到电开关系统，

- 由电开关系统执行所述状态命令，

- 在读取电开关系统的开关状态之后向控制模块传送控制信号，所述控制信号与所读取的开关状态相关，

根据本发明的方法的特征在于，所述读取在开关系统下游根据取自驱动电路的信号而实现，所述信号指示驱动电路是处于活动模式（即闭合）还是不活动模式（即断开）。

特别地，根据本发明的方法的特征在于，读取通过将驱动电路连接到作为隔离部件的至少一个变压器来实现。该变压器可以有利地小型化，使得该变压器占用自动化设备中的小空间，并且此外，该变压器保证良好的电气隔离，从而允许不会扰乱致动器的允许并且不会损坏数字输出的电特性。

变压器也可以有利地提供电力，以使得能够通过驱动电路上的光隔离器（optocouplage）进行读取。特别地，只有当开关系统闭合时，才发生光隔离，从而使得能够向控制模块传送与开关系统的闭合状态相关的控制信号。相反地，当开关系统断开时，不发生光隔离，使得能够传送与开关系统的断开状态相关的读取信号。因此，光隔离器保证了取决于开关系统打开还是闭合来传送两个不同的控制信号。因此，经由光隔离器在控制信号中重写开关系统的状态的二元特性。

根据本发明的方法的特征还在于，读取通过经由变压器的电流测量或阻抗测量实现。有利地，读取和电隔离由单个部件（即变压器）实现，从而不仅节约了空间，还节约了成本。

根据本发明的方法的特征特别是还在于，所述控制模块能够将所命令的状态与读取的状态进行比较并且能够指出读取的状态和命令的状态之间的分歧，所述分歧是可能的故障的特性。而且，可以有利地使用报警信号实时地向维护站传送所述分歧，该维护站具有准备在所述分歧的位置以便进行补救的维护团队。所述报警信号对于其所发源的控制模块是特定的，从而使得能够迅速地和容易地定位分歧的位置。

特别地，根据本发明的方法的特征在于，使用远程链路（liaison）来实现所述传送中的至少一个（命令的传送或控制信号的传送）。隐藏的优点是电开关系统的远程控制和/或开关系统的开关状态的远程传送。这可以是例如由列车远程控制轨道的正确的道岔，但也是关于车门的打开/关闭的信息的远程传送、可链路到例如车辆行驶条件的所述信息的传送。在此背景下，命令和控制模块的远程命令使得可以交换关于开关系统的开关状态的信息。特别地，可以经由命令模块远程命令开关系统的开关状态。在这种情况下，命令模块借助于远程通信接收关于所命令的状态的信息或者指令，随后该命令模块向开关系统传送与接收到的指令或信息相关的状态命令。最后，可以经由控制模块远程知晓电开关系统实际执行的状态，控制模块通过远程链路传送与所读取的开关状态相关的信息。

从动态地控制集成到在引导车辆的领域中使用的自动化设备中的至少一个电开关系统的二元开关状态的安全调整的设备出发，其中所述开关系统借助于驱动电路来驱动至少一个致动器，所述驱动电路借助于至少一个（对应于二元开关状态的）数字输出来给致动器供电，所述设备包括：

- 命令模块，所述命令模块命令电开关系统的状态，

- 读取设备，所述读取设备能够读取电开关系统的开关状态并且向控制模块传送与所读取的开关状态相关的控制信号，

根据本发明的设备的特征在于，所述读取设备被布置在电开关系统的下游并且被连接到致动器的驱动电路。

特别地，根据本发明的设备的特征在于，读取设备包括至少一个作为隔离部件的变压器，所述变压器连接到驱动电路。事实上，该变压器实现了在读取设备中的电子部分和致动器的驱动电路中的电子部分之间的没有电流接触（contact galvanique）的连接。此外，由于变压器可以有利地小型化，所以读取设备在自动化设备中占据的空间是小的。

此外，根据本发明的设备的特征在于，读取设备包括由所述变压器供电的光隔离器。该光隔离器使得可以取决于开关系统处于闭合还是断开状态来传送不同的信号。因此，读取设备传送与开关系统的状态的二元特性相关的控制信号。利用光隔离器的另一优点是能够使与读取设备相关的电子装置和与驱动电路相关的电子装置（从电流方面）隔离。

在这种情况下，该变压器可以有利地用于递送适于通过电流测量或阻抗测量来读取开关状态的信号。在这种情况下，该变压器不仅用作电流隔离器，而且还用作开关状态的读取器，由此通过隔离部件和读取部件的双重作用来保证占用自动化设备中的小空间。

同样地，根据本发明的设备的特征在于，控制模块包括将所命令的状态与读取的状态进行比较的状态比较器，其能够指出和传送与在所命令的状态和读取的状态之间的分歧相关的信息。所命令的状态和实际执行的状态（即读取的状态）之间的这种比较使得可以简单地和迅速地检查开关系统是否处于命令的状态，以便检测开关系统的与读取的状态和命令的状态之间的分歧对应的故障。有利地，如果控制模块包括智能电路，诸如包括（例如且非穷举地）微处理器、FPGA部件（即现场可编程门阵列或英语为Field-Programmable Gate Array）或者ASIC电路（即专用集成电路或英语为Application-Specific Integrated Circuit），则可以实现信号的复用，该信号由多个（至少两个）读取设备输出并且具有单个比较器，以便通过减少比较器的数目来赢得空间并且占用小空间。此外，控制模块能够指出所述分歧，以便由于通过识别故障的开关系统来定位故障，所以容易地和快速地执行对自动化设备执行维护工作。特别地，命令模块和/或控制模块包括能够远程地传送和接收与开关系统的开关状态相关的数据的设备。因而，可以使用命令模块远程地命令开关状态，随后可以将实际执行的状态（即所读取的状态）远程传送到控制站。例如，列车可以远程地命令轨道的道岔，随后接收所命令的道岔的确认或者无效信息的反馈。有利地，在无效的情况下，可以及时地选择新的轨道，以避免有问题的道岔并且因此保证车辆的正确行驶。

附图说明

借助下图提供实施方式和应用的实例：

图1示出了动态控制二元开关状态的安全调整的设备的实施例，

图2示出了通过经由光隔离器读取二元开关状态来动态控制对所述状态的安全调整的设备的实施例，

图3示出了通过经由电流测量读取二元开关状态来动态控制对所述状态的安全调整的设备的实施例，

图4示出了通过经由阻抗测量读取二元开关状态来动态控制对所述状态的安全调整的设备的实施例。

具体实施方式

作为实例，图1示出了动态控制集成到自动化设备（1）中的至少一个电开关系统（12）的二元开关状态的安全调整的设备，所述开关系统（12）借助于驱动电路（13）来驱动至少一个致动器（2）。该设备包括：

- 命令模块（11a），所述命令模块（11a）特别地借助于状态命令（15）来命令电开关系统的状态，

- 读取设备（14），所述读取设备（14）能够读取电开关系统（12）的开关状态，并且向控制模块（11b）传送与所读取的开关状态有关的控制信号（Sc），

其特征在于，读取设备（14）被布置在电开关系统（12）的下游并且被连接到致动器（2）的驱动电路（13）。特别地，实现读取（16）的所述连接可以包括用作隔离部件的至少一个变压器和用作读取部件的一个光隔离器，或者在其他变型方案中，所述变压器可以充当隔离和读取部件，从而兼任两个功能。此外，电开关系统（12）经由所述驱动电路（13）将驱动信号（Sp）传送到致动器（2），所述驱动电路能够根据致动器（2）的（电）特性来配置驱动信号（Sp）。命令模块（11a）和控制模块（11b）的特性也可以被聚集到单个安全调整模块（11）中，所述单个安全调整模块（11）能够（特别地）借助于远程链路来控制和命令开关系统和致动器的调整。

图2至4是根据图1的详细实施方式。这些图分别示出了经由光隔离器、经由电流测量以及经由阻抗测量对开关状态的读取。

特别地，图2示出了由接收来自安全调整模块（11）的状态命令（15）的电开关系统（12a）经由驱动电路（13a）驱动的致动器（2a）。通过读取设备（14a）将包含关于实际执行的状态的信息的控制信号（Sc）传送到安全调整模块（11），其中所述读取设备（14a）通过光隔离器（DQ）实现对开关系统的状态的读取。读取设备（14a）自身由来自安全调整模块（11）的命令信号（St）来配置和控制，特别地，命令信号（ST）给读取设备（14）的变压器（T1）供电。光隔离器（DQ）特别地包括至少一个发光二极管和一个光电晶体管。读取设备（14a）尤其包括连接到二极管桥（D1、D2、D3、D4、D7）的变压器（T1），所述变压器（T1）通过电阻器（R1）给光隔离器（DQ）的发光二极管提供电压（Vi、0Vi）。当开关系统（12a）闭合时，光隔离器（DQ）的发光二极管通过电阻器（R1）被提供有隔离电压（Vi）：光隔离器（DQ）的光电晶体管导通。相反，当开关系统（12）断开时，光隔离器（DQ）的发光二极管中的电流是零：光隔离器（DQ）的光电晶体管截止。光电晶体管的二元状态（导通、截止）使得可以向安全调整模块传送由两个不同状态（即与光电晶体管的导通或截止状态对应）来表征的控制信号（Sc），使得可以检查开关系统（12a）的开关状态。此外，自动化设备（1）可以使用复用技术来驱动多个致动器（2）：由开关系统（12a）、驱动电路（13a）和读取设备（14a）形成的族（1a）驱动第一致动器（2a），并且由开关系统（12b）、驱动电路（13b）和读取设备（14b）形成的另一族（1b）驱动第二致动器（2b）。如果n是致动器的数目，则n个族将分别驱动至少一个致动器。其中多个族（即两个或更多个族）可以命令一个单个的（或者至少一个单个的）致动器的冗余技术有利地也使得可以保障开关系统。尽管族的数目在数量上没有被限制，但是这些族由单个安全调整模块（11）命令和控制。具体地，为了实现该复用，每个族的命令信号（St）和控制信号（Sc）彼此链路，使得命令信号（St）轮流命令读取设备的变压器（T1）/给读取设备的变压器（T1）供电。因此，对于n个致动器，安全调整模块（11）在第一时段内生成第一命令信号（St），所述第一命令信号（St）生成该族（1a）的读取设备（14a）的变压器T1上的信号，并且作为响应，安全调整模块（11）从读取设备（14a）接收第一控制信号（Sc）。随后，在第二时段内，安全模块（11）生成第二命令信号（St），所述第二命令信号（St）生成该族（1b）的读取设备（14b）的变压器T1上的信号，并且作为响应，安全调整模块（11）从读取设备（14b）接收第二控制信号（Sc）。因而驱动致动器，并且以连续的或间断的方式逐个（族（14a）至（14n））迭代地控制继电器。最后，该设备的另一优点在于，在自动化设备（1）外部的常断（NO）或常通（NF）的、但是作为例如致动器（2）的部分的接触器的操纵并不会引起开关系统的状态读取中的错误。

通过图3给出了根据图1的另一实施例，其特征在于，经由属于读取设备（14）的变压器（T1），通过电流测量来读取电开关系统（12）的状态。一方面，通过安全调整模块经由控制/命令信号（St）来控制图3的读取设备（14），并且另一方面，不同于图2，安全调整模块尤其包括电阻器（R1、R2）、二极管（D1、D2、D3）、电容器（C1）和变压器（T1），使得可以通过驱动电路（13）上的电流测量来读取开关系统（12）的开关状态。特别地，电流测量取决于电开关系统的断开状态或闭合状态而具有不同的值。这种电流测量值的差异使得可以传送与开关系统（12）的断开或闭合状态相关的控制信号（Sca）。该控制信号（Sca）由读取设备（14）传送到作为安全调整模块（11）的部分的状态比较器（111）。状态比较器（111）将控制信号（Sca）与参考信号进行比较，所述比较使得可以推断所命令的状态是否对应于读取的状态。在所命令的状态和读取的状态之间有分歧的情况下，安全调整模块能够向维护团队（远程地）传送报警信号，该报警信号使得能够定位和限定自动化设备的故障。最后，与图2相似，特别地，自动化设备（1）可以使用复用技术驱动多个致动器（2）：驱动第一致动器（2a）的由开关系统（12）、驱动电路（31）和读取设备（14）形成的族（1a）与第二族（1b）并联地连接到安全调整模块（11），所述第二族（1b）与族（1a）相同并且驱动第二致动器（2a）。族（1a）使得能够向比较器（111）传送控制信号（Sca），而族（1b）使得能够向同一比较器（111）传送第二控制信号（Scb）。由于族的数目没有限制，所以比较器（111）使得可以将每个控制信号（Sca、Scb、…、ScX）与所述参考信号进行比较，并且因而推断出由电开关系统实际执行的状态。特别地，比较器（111）可以使用通过安全调整模块发送到不同的电开关系统的迭代状态命令来迭代地（逐个地）比较控制信号。状态比较器还能够同时处理不同的控制信号与参考信号的比较，有利地使得能够更快地读取电开关系统的开关状态。

通过图4给出了根据图1的另一实施例。图4与图3相同并且因此具有相同的特性，不同之处在于读取设备（14）使得能够通过测量驱动电路（13）中的阻抗变化来进行读取，该驱动电路（13）位于其所连接的电开关系统（12）的下游。该实施例优于前一实施例的优点在于，在致动器中的电流由于在自动化设备外部的事件（诸如，例如且非穷举的，按钮上的动作、致动器中的故障、列车布线的短路或切断）而未如预期的那样的情况下，该设备不会给出误报警。

总之，根据本发明的方法和设备提供了优于现有方法或设备的若干个优点，这些优点在于：

- 根据本发明的方法和设备改进了自动化设备的运行控制的可靠性并且实现了故障的迅速的、局部的和安全的检测，

- 根据本发明的方法和设备通过使得可以例如迭代地或同时地检查自动化设备的冗余来保障开关系统，诸如例如由同一安全调整模块（11）命令和控制的相同的族（1a、1b、…）进行保障，

- 根据本发明的方法和设备通过使得可以实时地向维护团队传送精确的故障信息来改进自动化设备的可维护性，

- 根据本发明的方法和设备使得可以不管电开关系统（例如机电继电器或静态继电器）如何来检测故障，并且特别地，根据本发明的方法和设备使得可以检测机电继电器的电磁体下游的卡住或切断类型的故障，

- 根据本发明的方法和设备使得可以占用自动化设备的小空间，

- 根据本发明的方法和设备使得可以不管开关系统、驱动电路和致动器的电设计如何来读取开关状态，并且不会损坏开关系统、驱动电路和致动器的电特性和正确运行。

Claims

1.一种动态地控制集成到在引导车辆的领域中使用的自动化设备（1）中的至少一个电开关系统（12）的二元开关状态的安全调整的方法，所述开关系统（12）借助于驱动电路（13）来驱动至少一个致动器（2），所述方法包括如下步骤：

- 将命令模块（11a）的状态命令（15）传送到电开关系统（12），

- 由电开关系统（12）执行所述状态命令（15），

- 在读取（16）电开关系统（12）的开关状态之后向控制模块（11b）传送控制信号（Sc），所述控制信号（Sc）与所读取的开关状态相关，

其特征在于

- 所述读取（16）在开关系统（12）的下游根据取自驱动电路（13）的信号来实现，所述信号指示驱动电路是活动的还是不活动的。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，读取通过将驱动电路连接到作为隔离部件的至少一个变压器来实现。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，读取通过光隔离器来实现，所述光隔离器由变压器供电。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，读取通过经由变压器的电流测量而实现。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，读取通过经由变压器的阻抗测量而实现。

6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，所述控制模块能够将所命令的状态与读取的状态进行比较并且指出在读取的状态和所命令的状态之间的分歧。

7.根据权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，所述传送中的至少一个通过远程链路来实现。

8.根据权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，远程地给命令模块下命令并且该命令模块接收关于借助于远程链路来命令的开关状态的信息。

9.根据权利要求1至8之一所述的方法，其特征在于，远程地给控制模块下命令并且该控制模块传送与借助于远程链路来读取的开关状态相关的信息。

10.一种动态地控制集成到在引导车辆的领域中使用的自动化设备（1）中的至少一个电开关系统（12）的二元开关状态的安全调整的设备，所述开关系统（12）借助于驱动电路（13）来驱动至少一个致动器（2），所述设备包括：

- 命令模块（11a），所述命令模块（11a）命令电开关系统的状态，

- 读取设备（14），所述读取设备（14）能够读取电开关系统（12）的开关状态并且向控制模块（11b）传送与所读取的开关状态相关的控制信号（Sc），

其特征在于

- 所述读取设备（14）被布置在电开关系统（12）的下游并且被连接到致动器（2）的驱动电路（13）。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，读取设备（14）包括至少一个作为隔离部件的变压器，所述变压器被连接到驱动电路。

12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，读取设备（14）包括由所述变压器供电的光隔离器。

13.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述变压器递送适于通过电流测量读取状态的信号。

14.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述变压器递送适于通过阻抗测量读取状态的信号。

15.根据权利要求10至14之一所述的设备，其特征在于，所述控制模块（11b）包括状态比较器，所述状态比较器能够指出和传送与在所命令的状态和所读取的状态之间的分歧相关的信息。

16.根据权利要求10至15之一所述的设备，其特征在于，命令模块（11a）和/或控制模块（11b）包括能够远程地传送和接收与开关系统的开关状态相关的数据的设备。